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高二物理課的開端,講述了能量守恆定律。在目前「新能源」成為時髦的標籤時,同學們一定會思考這樣一個問題:「既然能量守恆,那怎麼會有能源危機」?
這可以從課本拋出的「自然過程的方向性」與「能量的耗散與退化」 的概念裡尋找答案。
所謂「自然過程的方向性」,是指在自發條件下,自然過程只能朝某個方向變化,或者說反向變化是要受到限制的。比如熱傳遞在自發條件下只能由高溫物體指向低溫物體。若要反向為之,比如電冰箱把熱量從低溫區域傳遞到高溫區域,就得付出代價——壓縮機消耗電能做功。
而「能量的耗散與退化」是指能量在轉化過程中雖然總量不變,但其課利用的價值會降低。比如上述的冰箱壓縮機消耗電能做功的過程,因為壓縮機的效率不可能達到100%,一部分電能會轉化為內能(熱量)釋放到環境中去,而這部分內能是很難再被利用的。
能量的耗散與退化其實是有序向無序的轉變。在物理學中,「熵」是用來表示一個系統無序程度的物理量,熵越大則系統越混亂。熵不斷增大的結果是什麼呢?很顯然,宇宙中所有的能量都將以熱能的形式存在!在一些科學家眼裡,世界末日並非空穴來風。
熱寂(Heat Death)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加,由有序向無序演變。當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。此時的宇宙就像是一鍋「滾燙的濃湯」,這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。值得強調的是,熱寂理論成立的前提是「孤立」的系統。對於一個開放系統,是可以保持其有序狀態的。我們的人體就是一個有序的系統,之所以能保持有序,就是因為人體是一個開放的系統。我們攝取食物、排洩代謝產物,與環境發生著相互作用,使我們的身體維持有序的狀態。只有當生命終止後,人體就變成了封閉系統,後果可想而知……
當然,你大可不必因此寢食難安,開始計劃如何度過自己的最後時光。因為即使熱寂理論是正確的,這一天的到來,也要在10的1000次方年之後發生的事了!